CN104597315A - 一种可编程量子电压标准装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可编程量子电压标准装置，包括：微波源通过低温测试探杆向可编程约瑟夫森结发送微波；偏置电流源通过低温测试探杆向可编程约瑟夫森结发送偏置电流；可编程约瑟夫森置于低温杜瓦容器中液氦的液面之下，根据微波和偏置电流在低温环境中产生量子化的电压台阶，并将电压台阶发送至低温测试探杆；低温测试探杆将电压台阶在常温环境中通过低热电势线缆发送至程控开关；程控开关将电压台阶在常温环境中通过低热电势线缆发送至数字电压表，并由数字电压表测试所述电压台阶。本发明所述技术方案通过在常温环境中采用低热电势线缆，将热电势误差降到最小，最大限度的保证了可编程量子电压基准装置中量子电压的准确传输。

Description

一种可编程量子电压标准装置
技术领域
本发明涉及电压标准装置。更具体地，涉及一种可编程量子电压标准装置。
背景技术
可编程量子电压标准装置是直流电压的自然基准，可作为最高标准对直流电压参量进行量值传递，并在电学计量、航空航天以及武器系统的直流电压高端测量方面有着广泛的应用。可编程量子电压标准装置包括可编程约瑟夫森结、偏置电流源、数字电压表、低温测试探杆、低温杜瓦、微波源、程控开关，其中可编程约瑟夫森结浸泡在低温杜瓦中液氦的液面之下，其工作原理为当给约瑟夫森结上辐照适当的微波，并对其进行电流偏置时，约瑟夫森结上将产生量子化的电压台阶，量子电压具有高达10-9量级的准确度，从低温下引出到常温后，可作为最高标准进行直流电压参量的量值传递。可编程量子电压标准装置输出量子电压从低温下引出到常温端，通过线缆连接到常温精密仪器上实现高准确度的直流电压参量测量，由于系统复杂，因此所用线缆较长。在通常的直流电压测量中，由于测量等级不高，较长线缆引起的热电势漂移造成的误差是可以忽略不计的，但是在10-9的量子电压标准的测量中，热电势的影响就不可乎略了。普通线缆连接到数字电压表上，引入的热电势可达到10-6，而且热电势并不是个稳定的分量，10-6量级的热电势叠加到量子电压上，导致的误差严重影响量子电压的准确度。
因此，需要提供一种可编程量子电压标准装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可编程量子电压标准装置。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种可编程量子电压标准装置，该装置包括：可编程约瑟夫森结、偏置电流源、微波源、低温测试探杆、程控开关、数字电压表、低温杜瓦容器、以及低热电势线缆；
微波源通过低温测试探杆向可编程约瑟夫森结发送微波；
偏置电流源通过低温测试探杆向可编程约瑟夫森结发送偏置电流；
可编程约瑟夫森置于低温杜瓦容器中液氦的液面之下，根据微波和偏置电流在低温环境中产生量子化的电压台阶，并将电压台阶发送至低温测试探杆；
低温测试探杆将所述电压台阶在常温环境中通过低热电势线缆发送至程控开关；
程控开关将电压台阶在常温环境中通过低热电势线缆发送至数字电压表，并由数字电压表测试电压台阶。
优选地，低热电势线缆中的金属传输线芯采用纯铜或纯银材料制成且其直径大于0.7mm。
优选地，低热电势线缆中的金属传输线芯外套第一保护层，所述第一保护层采用聚四氟乙烯材料制成。
优选地，第一保护层外套屏蔽层，所述屏蔽层采用编织铜网制成。
优选地，屏蔽层外套第二保护层，所述第二保护层采用与第一保护层相同的材料制成。
优选地，第二保护层外套铜制套管，所述铜制套管采用纯铜材料圆管，其内直径为10mm至18mm，其厚度大于2mm。
优选地，铜制套管长度不小于金属传输线芯长度的4/5。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案在可编程量子电压基准装置中采用低热电势线缆连接低温测试探杆量子电压输出端到程控开关，以及程控开关到数字电压表，通过严格地筛选低热电势线缆的金属传输线芯和保护层的材料，以及对低热电势线缆采用铜质套管，使连接可编程量子电压基准装置中低温测试探杆输出端到程控开关的线缆，以及程控开关到数字电压表的线缆引起的热电势误差降到最小，最大限度的保证了可编程量子电压基准装置中量子电压的准确传输。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出可编程量子电压标准装置结构图。
图2示出低热电势线缆结构图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例提供的可编程量子电压标准装置，包括：可编程约瑟夫森结1、偏置电流源2、微波源3、低温测试探杆4、程控开关5、数字电压表6、低温杜瓦容器7、以及低热电势线缆8；
微波源3通过低温测试探杆4向可编程约瑟夫森结1发送微波；
偏置电流源2通过低温测试探杆4向可编程约瑟夫森结1发送偏置电流；
可编程约瑟夫森1置于低温杜瓦容器7中液氦的液面之下，根据微波和偏置电流在低温环境中产生量子化的电压台阶，并将电压台阶发送至低温测试探杆4；
低温测试探杆4将电压台阶在常温环境中通过低热电势线缆8发送至程控开关5；
程控开关5将电压台阶在常温环境中通过低热电势线缆8发送至数字电压表6，并由数字电压表6测试所述电压台阶。
采用低热电势线缆的可编程量子电压标准装置的连接方式为：
可编程约瑟夫森结1的微波输入端连接低温测试探杆4的微波输出端法兰盘，连接处用螺钉固定；
可编程约瑟夫森结1的偏置电流输入端连接低温测试探杆4的偏置电流输出端，连接处采用低温焊锡焊接；
可编程约瑟夫森结1的量子电压输出端连接低温测试探杆4的量子电压输入端，连接处采用低温焊锡焊接；
可编程约瑟夫森结1浸泡在低温杜瓦容器7的液氦液面之下；
微波源3的微波输出端法兰连接低温测试探杆4的微波输入端法兰，连接处采用螺钉固定；
偏置电流源2的偏置电流输出端连接低温测试探杆4的偏置电流输入端，连接处采用偏置线缆连接；
低温测试探杆4的量子电压输出端连接程控开关5的输入端，连接线缆采用低热电势线缆。
接程控开关5的输出端连接数字电压表6的电压输入端，连接线缆采用和低温测试探杆4的量子电压输出端连接程控开关5的输入端的连接线相同的低热电势线缆。
如图2所示，连接低温测试探杆4的量子电压输出端和程控开关5输入端的低热电势线缆，包括五层结构：金属传输线芯9、第一保护层10、屏蔽层11、第二保护层12、铜制套管13；
金属传输线芯9采用纯铜或纯银材质，不同于普通线缆所用的铜合金材料，其直径大于0.7mm。金属传输线芯9的外部是第一保护层10，第一保护层10用来对金属传输线芯9和屏蔽层11进行隔离，第一保护层10采用聚四氟乙烯材料。第一保护层10外部是屏蔽层11，屏蔽层11用来实现信号的屏蔽功能，采用编织铜网制成。第二保护层12在屏蔽层11外部，用于保护屏蔽层11，第二保护层12采用的材料与第一保护层10相同。第二保护层12外部是铜质套管13，铜质套管13长度不小于金属传输线芯9长度的4/5，采用纯铜材料圆管，内直径10mm～18mm，厚度大于2mm。线缆最外部的铜质套管13质地较硬，不能弯折，因此根据线缆连接方向制作曲度或折角，实现线缆实际连接时的弯曲形状。
综上所述，本实施例提供的技术方案采用低热电势线缆连接低温测试探杆量子电压输出端到程控开关，以及程控开关到数字电压表，可以在测量过程中大大降低叠加热电势的影响，实现高准确度的直流电压测量。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种可编程量子电压标准装置，其特征在于，该装置包括：可编程约瑟夫森结、偏置电流源、微波源、低温测试探杆、程控开关、数字电压表、低温杜瓦容器、以及低热电势线缆；
微波源通过低温测试探杆向可编程约瑟夫森结发送微波；
偏置电流源通过低温测试探杆向可编程约瑟夫森结发送偏置电流；
可编程约瑟夫森置于低温杜瓦容器中液氦的液面之下，根据所述微波和偏置电流在低温环境中产生量子化的电压台阶，并将所述电压台阶发送至低温测试探杆；
低温测试探杆将所述电压台阶在常温环境中通过低热电势线缆发送至程控开关；
程控开关将所述电压台阶在常温环境中通过低热电势线缆发送至数字电压表，并由数字电压表测试所述电压台阶。
2.根据权利要求1所述的可编程量子电压标准装置，其特征在于，所述低热电势线缆中的金属传输线芯采用纯铜或纯银材料制成且其直径大于0.7mm。
3.根据权利要求2所述的可编程量子电压标准装置，其特征在于，所述低热电势线缆中的金属传输线芯外套第一保护层，所述第一保护层采用聚四氟乙烯材料制成。
4.根据权利要求3所述的可编程量子电压标准装置，其特征在于，所述第一保护层外套屏蔽层，所述屏蔽层采用编织铜网制成。
5.根据权利要求4所述的可编程量子电压标准装置，其特征在于，所述屏蔽层外套第二保护层，所述第二保护层采用与第一保护层相同的材料制成。
6.根据权利要求4所述的可编程量子电压标准装置，其特征在于，所述第二保护层外套铜制套管，所述铜制套管采用纯铜材料圆管，其内直径为10mm至18mm，其厚度大于2mm。
7.根据权利要求6所述的可编程量子电压标准装置，其特征在于，所述铜制套管长度不小于金属传输线芯长度的4/5。
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